Les circuits magnétiques en régime impulsionnel

L’association de plusieurs enroulements autour d’un circuit magnétique parfait permet de réaliser une première machine électromagnétique statique appelée transformateur. Le premier des deux enroulements, le primaire, est alimenté par une source de tension. En raison de la loi de Faraday, cette tension doit être variable dans le temps afin de permettre un flux variable dans le circuit magnétique. Dans ces conditions une tension variable apparaît aux bornes du deuxième enroulement (secondaire). La connexion d’une charge permet alors d’effectuer un transfert d’énergie au travers d’un support magnétique.
Le transformateur est ici étudié en régime impulsionnel, correspondant à une tension d’entrée en échelon. Cette étude est simplifiée par une série d’hypothèses basées sur celles des circuits magnétiques parfaits : les résistances des enroulements sont supposées nulles ; le circuit magnétique est dans un premier temps linéaire, puis saturé et les inductances liées aux fuites sont supposées nulles.
Dans le domaine linéaire, la mise en équation du fonctionnement conduit à définir le modèle équivalent du transformateur. Il est fondé sur un transformateur parfait, définit par son rapport de transformation et une inductance primaire de magnétisation qui traduit la création d’une induction dans le matériau du circuit magnétique.
La croissance du flux dans le circuit magnétique conduit inévitablement à la saturation du matériau. Dans ce comportement non linéaire, la tension ne peut plus être variable, ce qui conduit à un dysfonctionnement de l’ensemble. Des précautions sont alors nécessaires pour éviter cet état : limitation de la durée et de l’amplitude de l’impulsion de tension primaire.
Dans le cadre d’un fonctionnement périodique, une démagnétisation du circuit magnétique doit avoir lieu avant la remagnétisation par le primaire pour s’affranchir du risque d’un régime saturé. Une période de fonctionnement se décompose en une première phase de magnétisation de durée fixée. La démagnétisation est envisagée au travers de deux solutions permettant de diminuer la durée de cette phase dans le but d’accélérer le transfert d’énergie du primaire au secondaire.
Une série d’applications de tels transformateurs est proposée en dernier lieu afin de présenter leur emploi dans la commande de semi-conducteurs (transformateur d’impulsions) ou la conversion d’énergie (alimentations à découpage).